Bateria litiu-ion începe să se grăbească până la capăt, apropiindu-se de puterea bateriei

În 1800, Alessandro Volta, un fizician italian, a inventat stiva Volta, prima baterie din istoria omenirii. Prima baterie a fost realizată din foi de zinc (anod) și cupru (catod) și hârtie înmuiată în apă sărată (electrolit), demonstrând posibilitatea artificială a electricității.

De atunci, ca dispozitiv care poate furniza curent continuu și stabil, bateriile au cunoscut o dezvoltare de peste 200 de ani și continuă să răspundă cererii oamenilor de utilizare flexibilă a energiei electrice.

În ultimii ani, odată cu cererea uriașă de energie regenerabilă și îngrijorarea crescândă cu privire la poluarea mediului, bateriile secundare (sau bateriile) care pot transforma alte forme de energie în energie electrică și o pot stoca sub formă de energie chimică continuă să aducă modificări energiei. sistem.

Dezvoltarea bateriei cu litiu arată progresul societății din alt aspect. De fapt, dezvoltarea rapidă a telefoanelor mobile, computerelor, camerelor și vehiculelor electrice se bazează pe maturitatea tehnologiei bateriilor cu litiu.

Chen Gen. Nașterea și anxietatea bateriei cu litiu se apropie

Nașterea bateriei cu litiu

Bateria are poli pozitiv și negativ. Polul pozitiv, cunoscut și sub numele de catod, este de obicei realizat din materiale mai stabile, în timp ce polul negativ, cunoscut și sub numele de anod, este de obicei realizat din materiale metalice „foarte active”. Polii pozitiv și negativ sunt separați de electrolit și stocați sub formă de energie chimică.

Reacția chimică dintre cei doi poli produce ioni și electroni. Acești ioni și electroni se mișcă în baterie, forțând electronii să se miște spre exterior, formând un ciclu și generând electricitate.

În anii 1970, criza petrolului din Statele Unite, împreună cu noua cerere de energie în domeniul militar, aviației, medicinei și în alte domenii, a stimulat căutarea bateriilor reîncărcabile pentru a stoca energie regenerabilă curată.

Dintre toate metalele, litiul are o greutate specifică și un potențial electrod foarte scăzut. Cu alte cuvinte, sistemul de baterii cu litiu poate atinge teoretic densitatea maximă de energie, astfel încât litiul este alegerea naturală a designerilor de baterii.

Cu toate acestea, litiul este foarte reactiv și poate arde și exploda atunci când este expus la apă sau aer. Prin urmare, îmblânzirea litiului a devenit cheia dezvoltării bateriilor. În plus, litiul poate reacționa ușor cu apa la temperatura camerei. Dacă litiul metalic urmează să fie utilizat în sistemele de baterii, este esențial să se introducă electroliți neapoși.

În 1958, Harris a propus să folosească electrolit organic ca electrolit al bateriei metalice. În 1962, misiunea Lockheed și SpaceCo. Chilton Jr., de la armata americană, And Cook, a prezentat ideea unui „sistem electrolitic neapos cu litiu”.

Chilton și Cook au proiectat un nou tip de baterie, care utilizează litiu metalic ca catod, halogenuri de Ag, Cu, Ni drept catod și sare metalică cu punct de topire scăzut lic1-AlCl3 dizolvată în carbonat de propilen ca electrolit. Deși problema bateriei o face să rămână mai degrabă în concept decât în ​​fezabilitate comercială, munca lui Chilton și Cook este începutul cercetării bateriilor cu litiu.

În 1970, Panasonic Electric Co. din Japonia și armata SUA au sintetizat independent un nou material catodic - fluorură de carbon aproape în același timp. Fluorura de carbon cristalină cu expresia moleculară a (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) a fost preparată cu succes de Panasonic Electric Co., Ltd. și utilizată ca anod al bateriei cu litiu. Invenția bateriei cu fluorură de litiu este un pas important în istoria dezvoltării bateriilor cu litiu. Aceasta este prima dată când se introduce „compus încorporat” în designul bateriei cu litiu.

Cu toate acestea, pentru a realiza încărcarea și descărcarea reversibilă a bateriei cu litiu, cheia este reversibilitatea reacției chimice. La acea vreme, majoritatea bateriilor nereîncărcabile foloseau anozi de litiu și electroliți organici. Pentru a realiza baterii reîncărcabile, oamenii de știință au început să studieze inserția reversibilă a ionilor de litiu în electrodul pozitiv al sulfurei de metal de tranziție stratificat.

Stanley Whittingham de la ExxonMobil a descoperit că reacția chimică de intercalare poate fi măsurată prin utilizarea TiS2 stratificat ca material catod, iar produsul de descărcare este LiTiS2.

În 1976, bateria dezvoltată de Whittingham a atins o eficiență inițială bună. Cu toate acestea, după încărcarea și descărcarea repetată de mai multe ori, în baterie s-au format dendrite de litiu. Dendritele au crescut de la polul negativ la polul pozitiv, formând un scurtcircuit, care a provocat pericolul de aprindere a electrolitului și în cele din urmă a eșuat.

În 1989, din cauza accidentului de incendiu al bateriilor secundare cu litiu/molibden, majoritatea companiilor, cu excepția câtorva, s-au retras din dezvoltarea bateriilor secundare cu litiu metal. Dezvoltarea bateriilor secundare cu litiu metal a fost practic oprită deoarece problema de siguranță nu a putut fi rezolvată.

Din cauza efectului slab al diferitelor modificări, cercetările asupra bateriei secundare cu litiu metal au stagnat. În cele din urmă, cercetătorii au ales o soluție radicală: o baterie de balansoar cu compuși încorporați ca poli pozitiv și negativ ai bateriilor secundare cu litiu metalic.

În anii 1980, Goodnow a studiat structura materialelor stratificate de cobalat de litiu și oxid de nichel de litiu la Universitatea Oxford, Anglia. În cele din urmă, cercetătorii au realizat că mai mult de jumătate din litiu poate fi îndepărtat din materialul catodului în mod reversibil. Acest rezultat a dus în cele din urmă la nașterea lui The.

În 1991, compania SONY a lansat prima baterie comercială cu litiu (anod grafit, catod compus de litiu, electrod sare lichidă de litiu dizolvată în solvent organic). Datorită caracteristicilor de densitate mare de energie și diferite formulări care se pot adapta la diferite medii de utilizare, bateriile cu litiu au fost comercializate și utilizate pe scară largă pe piață.